- ¿Qué es un sensor táctil capacitivo y cómo funciona?
- Construcción de un sensor táctil capacitivo de cuatro vías
- Materiales necesarios para el circuito controlado táctil ESP32
- Circuito de control para nuestro sensor táctil capacitivo
- Diseño de PCB para el circuito del sensor táctil capacitivo
- Código Arduino para sensor táctil capacitivo basado en ESP32
- Prueba del circuito del sensor táctil basado en ESP32
- Más mejoras
En muchos casos, se utilizan sensores táctiles en lugar de botones pulsadores. La ventaja es que no tenemos que proporcionar fuerza para presionar un botón, y podemos activar una tecla sin tocarla usando sensores táctiles. La tecnología de detección táctil se está volviendo popular día a día. Y en la última década más o menos, se ha vuelto difícil imaginar el mundo sin dispositivos electrónicos sensibles al tacto. Se pueden emplear métodos táctiles resistivos y capacitivos para desarrollar un sensor táctil, y en este artículo, discutiremos una forma cruda de hacer un sensor táctil capacitivo con ESP32, anteriormente también hemos construido un botón táctil capacitivo con Raspberry pi.
Aunque los sensores táctiles específicos de la aplicación pueden ser un poco complicados, el principio fundamental que subyace a esta tecnología sigue siendo el mismo, por lo que en este artículo nos centraremos en desarrollar nuestro sensor táctil capacitivo con la ayuda de nuestro ESP32 favorito y una pieza de cobre. tablero revestido.
En el tutorial anterior, hicimos Control Home Lights con Touch usando TTP223 Touch Sensor y Arduino UNO, ahora en este proyecto, estamos construyendo un sensor Touch para ESP32 pero el mismo se puede usar para Arduino también. Además, anteriormente utilizamos métodos de entrada táctiles utilizando almohadillas táctiles capacitivas con diferentes microcontroladores, como Interfaz de teclado táctil con microcontrolador ATmega32 y TouchPad capacitivo con Raspberry Pi, también puede consultarlos si está interesado.
¿Qué es un sensor táctil capacitivo y cómo funciona?
Los condensadores vienen en muchas formas. El más común una vez viene en forma de un paquete con plomo o un paquete de montaje en superficie, pero para formar una capacitancia, necesitamos conductores separados por un material dieléctrico. Por lo tanto, es fácil crear uno. Un buen ejemplo sería el que vamos a desarrollar en el siguiente ejemplo.
Teniendo en cuenta la PCB grabada como el material conductor, la etiqueta está actuando como un material dieléctrico, por lo que ahora queda la pregunta: ¿cómo tocar la almohadilla de cobre hace que la capacitancia cambie de tal manera que el controlador del sensor táctil pueda detectar? Un dedo humano, por supuesto.
Bueno, hay principalmente dos razones: primero, una incluye las propiedades dieléctricas de nuestro dedo, la segunda se debe a las propiedades conductoras de nuestro dedo. Vamos a utilizar un toque capacitivo. Por lo tanto, nos centraremos en el sensor táctil capacitivo. Pero antes de discutir todo esto, es importante tener en cuenta que no se está produciendo ninguna conducción y el dedo está aislado, debido al papel utilizado en la etiqueta. Entonces, el dedo no puede descargar el capacitor.
Dedo que actúa como dieléctrico:
Es de conocimiento común que un capacitor tiene un valor constante que se puede realizar por el área de las dos placas conductoras, la distancia entre las placas y su constante dieléctrica. No podemos cambiar el área del capacitor con solo tocarlo, pero podemos cambiar la constante dieléctrica del capacitor porque un dedo humano tiene una constante dieléctrica diferente a la del material que lo muestra. En nuestro caso, es aire, estamos desplazando aire con nuestros dedos. Si pregunta cómo Se debe a que la constante dieléctrica del aire 1006 a temperatura ambiente al nivel del mar y la constante dieléctrica del dedo es mucho más alta alrededor de 80 porque un dedo humano se compone principalmente de agua. Entonces, la interacción del dedo con el campo eléctrico del capacitor causa un aumento en la constante dieléctrica, por lo tanto, la capacitancia aumenta.
Ahora que hemos entendido el principio, pasemos a la fabricación de PCB reales.
Construcción de un sensor táctil capacitivo de cuatro vías
El sensor táctil capacitivo utilizado en este proyecto tiene cuatro canales y es fácil de hacer. A continuación, mencionamos el proceso detallado para hacer uno.
Primero, creamos la PCB para el sensor con la ayuda de la herramienta de diseño Eagle PCB, que se parece a la imagen de abajo.
Con la ayuda de las dimensiones y Photoshop, hicimos la plantilla y finalmente la pegatina para el sensor, que se parece a la imagen de abajo.
Ahora, cuando terminamos con la etiqueta, pasamos a hacer la plantilla de placa revestida real que vamos a usar para hacer nuestra PCB, que se parece a la imagen de abajo,
Ahora podemos imprimir este archivo y continuar con los procesos de fabricación de una PCB casera. SI es nuevo, puede consultar el artículo sobre cómo construir PCB en casa. También puede descargar los archivos PDF y Gerber requeridos desde el siguiente enlace
- Archivo GERBER para sensor táctil capacitivo de cuatro canales
Una vez hecho esto, el PCB grabado real se ve como la imagen de abajo.
Ahora es el momento de perforar algunos agujeros y conectamos algunos cables con la PCB. Para que podamos conectarlo con la placa ESP32. Una vez hecho esto, se parece a la imagen de abajo.
Como no colocamos vías en el PCB, la soldadura se esparció por todos lados mientras soldaba, rectificamos nuestro error colocando un agujero en el PCB, que puede encontrar en la sección de descarga anterior. Finalmente, llegó el momento de poner la pegatina y hacerla definitiva. Que se parece a la imagen de abajo.
Ahora que hemos terminado con el panel táctil, es hora de pasar a hacer el circuito de control para el panel táctil.
Materiales necesarios para el circuito controlado táctil ESP32
Los componentes necesarios para construir la sección del controlador usando ESP32 se dan a continuación, debería poder encontrar la mayoría de ellos en la tienda de pasatiempos local.
También he enumerado los componentes en la siguiente tabla con el tipo y la cantidad requerida, ya que estamos interconectando un sensor táctil de cuatro canales y controlando cuatro cargas de CA, usaremos 4 relés para cambiar la carga de CA y 4 transistores para construir el relé circuitos de controlador.
|
Si. No |
Partes |
Tipo |
Cantidad |
|
1 |
Relé |
Cambiar |
4 |
|
2 |
BD139 |
Transistor |
4 |
|
3 |
Terminal de tornillo |
Terminal de tornillo 5mmx2 |
4 |
|
4 |
1N4007 |
Diodo |
5 |
|
5 |
0,1 uF |
Condensador |
1 |
|
6 |
100 uF, 25 V |
Condensador |
2 |
|
7 |
LM7805 |
Regulador de voltaje |
1 |
|
8 |
1K |
Resistor |
4 |
|
9 |
560R |
Resistor |
4 |
|
10 |
LED ámbar |
LED |
4 |
|
11 |
Encabezado masculino |
Conector |
4 |
|
12 |
Encabezado femenino |
Conector |
30 |
|
13 |
LED rojo |
LED |
1 |
|
14 |
Placa de desarrollo ESP32 V1 |
Tablero ESP32 |
1 |
|
12 |
Tablero revestido |
Genérico 50x 50mm |
1 |
|
13 |
Cables de puente |
Alambres |
4 |
|
14 |
Conexión de cables |
Alambres |
5 |
Circuito de control para nuestro sensor táctil capacitivo
La siguiente imagen muestra el diagrama de circuito completo para nuestro sensor táctil basado en ESP32.
Como puede ver, es un circuito muy simple con componentes mínimos requeridos.
Como es un circuito de sensor táctil simple, puede ser útil en lugares donde desea interactuar con un dispositivo a través del tacto, por ejemplo, en lugar de usar un interruptor típico montado en la placa, puede encender / apagar sus electrodomésticos con el tacto.
En el esquema, se utiliza un conector de barril de CC como entrada donde proporcionamos la energía necesaria para alimentar el circuito, desde allí tenemos nuestro regulador de voltaje 7805 que está convirtiendo la entrada de CC no regulada a una CC constante de 5 V a través del cual estamos proporcionando la energía al módulo ESP32.
A continuación, en el esquema, tenemos nuestros conectores táctiles en el pin 25, 26, 27, 28, donde vamos a conectar el touchpad.
A continuación, tenemos nuestros relés que se conmutan a través de un transistor BD139, el diodo D2, D3, D4, D5 está ahí para proteger el circuito de cualquier voltaje transitorio que se genera cuando el relé alterna, los diodos en esta configuración se conocen como el diodo de retorno / diodo de rueda libre. Las resistencias 560R en la base de cada transistor se utilizan para limitar el flujo de corriente a través de la base.
Diseño de PCB para el circuito del sensor táctil capacitivo
La PCB de nuestro circuito de sensor táctil fue diseñada para una placa de una cara. Hemos utilizado Eagle para diseñar mi PCB, pero puede utilizar cualquier software de diseño de su elección. La imagen 2D de nuestro diseño de placa se muestra a continuación.
Se utilizó un diámetro de traza suficiente para hacer las pistas de potencia, que se utiliza para hacer fluir la corriente a través de la placa de circuito. Colocamos el terminal de tornillo en la parte superior porque es mucho más fácil conectar su carga de esa manera, y el conector de alimentación, que es un conector de barril de CC, se colocó en el lateral, lo que también brinda un fácil acceso. El archivo de diseño completo para Eagle junto con el Gerber se puede descargar desde el siguiente enlace.
- Archivo GERBER para el circuito de control del sensor táctil basado en ESP32
Ahora que nuestro diseño está listo, es hora de grabar y soldar la placa. Una vez finalizado el proceso de grabado, perforación y soldadura, la placa se parece a la imagen que se muestra a continuación.
Código Arduino para sensor táctil capacitivo basado en ESP32
Para este proyecto, programaremos el ESP32 con un código personalizado que describiremos en breve. El código es muy simple y fácil de usar, Comenzamos por definir todos los pines requeridos, en nuestro caso, definimos los pines para nuestros sensores táctiles y relés.
#define Relay_PIN_1 15 #define Relay_PIN_2 2 #define Relay_PIN_3 4 #define Relay_PIN_4 16 #define TOUCH_SENSOR_PIN_1 13 #define TOUCH_SENSOR_PIN_2 12 #define TOUCH_SENSOR_PIN_PIN_4 #define 27
A continuación, en la sección de configuración, comenzamos inicializando el UART para la depuración, luego hemos introducido un retraso de 1S que nos da un poco de tiempo para abrir una ventana del Monitor Serial. A continuación, usamos la función pinMode de Arduinos para hacer que los pines del relé sean la salida, que marca el final de la sección Setup () .
configuración vacía () {Serial.begin (115200); retraso (1000); pinMode (Relay_PIN_1, SALIDA); pinMode (Relay_PIN_2, SALIDA); pinMode (Relay_PIN_3, SALIDA); pinMode (Relay_PIN_4, SALIDA); }
Comenzamos nuestra sección de bucle con una declaración if , la función incorporada touchRead (pin_no) se usa para determinar si se tocó un pin o no. La función touchRead (pin_no) devuelve un rango de valores enteros (0 - 100), el valor permanece cerca de 100 todo el tiempo, pero si tocamos el pin seleccionado, el valor cae casi a cero, y con la ayuda del valor cambiante podemos determinar si el pin en particular fue tocado por un dedo o no.
En la declaración if , estamos verificando cualquier cambio en los valores enteros, y si el valor llega por debajo de 28, podemos estar seguros de haber reconocido un toque. Una vez que la declaración if se vuelve verdadera, esperamos 50ms y verificamos el parámetro nuevamente, esto nos ayudará a determinar si el valor del sensor se disparó falsamente, luego de eso, invertimos el estado del pin usando el digitalWrite (Relay_PIN_1,! DigitalRead (Relay_PIN_1)) , y el resto del código permanece igual.
if (touchRead (TOUCH_SENSOR_PIN_1) <28) {if (touchRead (TOUCH_SENSOR_PIN_1) <28) {Serial.println ("Se toca el sensor uno"); digitalWrite (Relay_PIN_1,! digitalRead (Relay_PIN_1)); }} else if (touchRead (TOUCH_SENSOR_PIN_2) <28) {if (touchRead (TOUCH_SENSOR_PIN_2) <28) {Serial.println ("Se toca el sensor dos"); digitalWrite (Relay_PIN_2,! digitalRead (Relay_PIN_2)); }} else if (touchRead (TOUCH_SENSOR_PIN_3) <28) {if (touchRead (TOUCH_SENSOR_PIN_3) <28) {Serial.println ("Se toca el sensor tres"); digitalWrite (Relay_PIN_3,! digitalRead (Relay_PIN_3)); }} else if (touchRead (TOUCH_SENSOR_PIN_4) <28) {if (touchRead (TOUCH_SENSOR_PIN_4) <28) {Serial.println ("Se toca el sensor cuatro"); digitalWrite (Relay_PIN_4,! digitalRead (Relay_PIN_4)); }}
Finalmente, terminamos nuestro código con otros 200 ms de retraso de bloqueo.
Prueba del circuito del sensor táctil basado en ESP32
Como este es un proyecto muy simple, el equipo de prueba es muy simple, como puede ver, he conectado 4 LED con resistencias que actúan como cargas, ya que está conectado con el relé, puede conectar fácilmente cualquier carga hasta 3Amps.
Más mejoras
Aunque el PCB es simple, todavía hay espacio para mejoras, como puede ver desde la parte inferior del PCB real, he conectado muchas resistencias en un intento de conectar cuatro LED de indicación, y el tamaño del PCB también se puede reducir si se convierte en un requisito, Espero que hayas disfrutado del artículo y hayas aprendido algo útil. Si tiene alguna pregunta, puede dejarla en la sección de comentarios a continuación o utilizar nuestros foros para publicar otras preguntas técnicas.